KR20160128959A

KR20160128959A - 튜브의 품질을 결정하기 위한 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20160128959A
Application number: KR1020160141028A
Authority: KR
Inventors: 알란 지. 페리; 로날드 프란시스 코노패키; 로버트 프란시스 크록커
Original assignee: 제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2016-11-08
Also published as: US20140071266A1; MY168783A; JP6203791B2; JP6088390B2; ZA201306908B; KR101652931B1; JP2014055956A; KR20140035290A; JP6114666B2; TW201415004A; US9485473B2; SA113340847B1; MY168232A; CN110057826A; US9491412B2; TWI513975B; TWI512262B; KR102052138B1; JP2014055955A; CN103884275A

Abstract

본 발명은 제 1 측면 및 상기 제 1 측면 반대쪽의 제 2 측면을 갖는 광투과성 기판, 상기 광투과성 기판의 제 1 측면 상에 배치된 카메라, 및 조명 소스를 포함하는 제 1 하우징을 갖는 시스템을 개시한다. 상기 조명 소스는 상기 제 1 하우징 주변 상의 링에 배치되며 또한 상기 광투과성 기판의 제 1 측면 상에 위치한다. 상기 시스템은 또한 상기 카메라에 의해 캡쳐된 이미지를 처리하도록 작동하는 회로 기판, 및 상기 조명 소스에 전기 에너지를 공급하고 또한 상기 회로 기판을 동력화하도록 작동하는 배터리 팩을 포함하는 제 2 하우징을 추가로 갖는다.

Description

튜브의 품질을 결정하기 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING QUALITY OF TUBES}

본 출원은 2012년 9월 13일자 출원된 미국 가특허 출원 제61/700,750호(Docket W12/073-0), "튜브의 품질을 결정하기 위한 방법 및 시스템"이라는 명칭으로 본원과 동시에 출원된 관련 미국 특허 출원 (Serial Number: 13/968,887) (Docket W12/073-1), 및 2012년 9월 13일자 출원된 미국 가특허 출원 제61/700,788호(Docket W12/074-0)에 대해 우선권을 주장하며, 그 개시 내용은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합된다.

본 발명은 튜브들의 품질을 결정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 보일러들 내의 튜브들의 품질을 결정하기 위한 자동화된 방법을 가능하게 하는 휴대용 시스템(hand held system)에 관한 것이다.

보일러 튜브 제조에서는 다양한 다른 크기의 합금강 튜브들을 사용한다. 보일러에 사용하기 위한 튜브들을 선택하기 위해서, 직경, 벽 두께, 재료의 조성 및/또는 튜브들의 경도를 아는 것이 바람직하다.

상기 조성과 같은 재료 특성들은 휴대용 포지티브 재료 식별 디바이스(handheld positive material identification device)를 사용하여 식별될 수 있고, 직경 및 벽 두께와 같은 튜브 치수들의 측정은 버니어 캘리퍼스들(vernier caliper), 마이크로미터들(micrometer) 등과 같은 휴대용 디바이스들의 사용을 종종 필요로 한다. 이는 느리고 에러가 생기기 쉬운 프로세스이다.

튜브들은 일반적으로 번들(bundle)로 운반되고 원할 때까지 제조 위치에 저장된다. 랜덤 테스트들(random test)은 튜브들이 수용되는 제조 위치에 위치된 검사소에서 행해진다. 검사자는 마스터 적하 목록(master manifest)에 대응하는 수용된 튜브들, 배송되는 튜브들의 수와 유형들의 설명서를 제공하는 구입 주문서 및 배송 문서들을 점검한다. 휴대용 디바이스들에 의한 이러한 많은 수의 튜브들의 측정은 지루하고(tedious) 점검되는 튜브들의 수를 제한한다. 흔히 사용되는 모든 보일러 규정들(예를 들어, ASME 및 EN)은, 각각의 산출된 값에 대한 수용 기준으로, 측정들에 기초하여 실행되어야하는 산출 결과들을 명시한다.

일반적으로, 검수 보고서는 굴곡 튜브의 단면 측정들을 행하고 바람직한 산출들을 실행한 후에 작성된다. 검수 보고서는 특정한 굴곡 샘플이 합격 또는 불합격되는지의 여부에 대해 상세히 열거한다. 이 전체 프로세스는 검사소에서 수동으로 실행된다면 며칠이 걸릴 수 있다. 따라서, 보다 빠르고 보다 에러가 덜 발생하는 방법을 사용하는 것이 바람직하다.

제 1 측면 및 상기 제 1 측면과는 반대쪽의 제 2 측면을 갖는 광투과성 기판과, 상기 광투과성 기판의 제 1 측면 상에 배치된 카메라, 및 조명 소스로서, 상기 조명 소스는 제 1 하우징 주변 주위에 배치되며 또한 상기 광투과성 기판의 제 1 측면 상에 위치하며, 상기 조명 소스는 상기 광투과성 기판의 제 2 측면 상에 배치된 물체를 조명하도록 작동하며, 상기 카메라는 상기 광투과성 기판의 제 2 측면 위에 배치된 물체의 이미지를 캡쳐하도록 작동하는, 상기 조명 소스를 포함하는, 제 1 하우징; 및 상기 카메라에 의해 캡쳐된 이미지를 처리하도록 작동하는 회로 기판과, 상기 조명 소스에 전기 에너지를 공급하고 또한 상기 회로 기판을 동력화하도록 작동하는 배터리 팩을 포함하는, 제 2 하우징을 포함하고, 상기 제 2 하우징은 상기 시스템이 사람에 의해 한 손으로 파지될 수 있는 방식으로 상기 제 1 하우징에 고정적으로 부착되는, 시스템이 본원에 개시되어 있다.

튜브를 점검할 목적으로 시스템을 고정 튜브로 운반시키는 단계로서, 상기 시스템은 제 1 하우징 및 제 2 하우징을 포함하며, 상기 제 1 하우징은: 제 1 측면 및 상기 제 1 측면과는 반대쪽의 제 2 측면을 갖는 광투과성 기판과, 상기 광투과성 기판의 제 1 측면 상에 배치된 카메라, 및 조명 소스로서, 상기 조명 소스는 상기 제 1 하우징 주변 상의 링에 배치되며 또한 상기 광투과성 기판의 제 1 측면 상에 위치하며, 상기 조명 소스는 상기 광투과성 기판의 제 2 측면 상에 배치된 물체를 조명하도록 작동하며, 상기 카메라는 상기 광투과성 기판의 제 2 측면 위에 배열된 물체의 이미지를 캡쳐하도록 작동하는, 상기 조명 소스를 포함하며, 상기 제 2 하우징은: 상기 카메라에 의해 캡쳐된 이미지를 처리하도록 작동하는 회로 기판과, 상기 조명 소스에 전기 에너지를 공급하고 또한 상기 회로 기판을 동력화하도록 작동하는 배터리 팩으로서, 상기 제 2 하우징은 상기 시스템이 사람에 의해 한 손으로 파지될 수 있는 방식으로 상기 제 1 하우징에 고정적으로 부착되는, 상기 배터리 팩을 포함하는, 상기 운반시키는 단계; 선형 튜브의 단면 영역을 상기 광투과성 기판의 상기 제 2 측면과 접촉시키는 단계로서, 상기 단면 영역은 상기 단면 영역의 질량 중심(center of mass)을 통과하는 축과 수직을 이루는, 상기 접촉시키는 단계; 이미지를 얻기 위해 상기 단면 영역을 이미지화하는 단계; 상기 이미지를 마이크로프로세서로 전송하는 단계; 상기 이미지를 복수의 세그먼트들로 분할하는 단계; 상기 복수의 세그먼트들 각각의 세그먼트에 대한 내경 및 외경을 측정하는 단계; 및 상기 튜브에 대한 내경, 외경, 질량 중심, 벽 두께, 진원도 및 유동 영역을 결정하는 단계를 포함하는 방법이 또한 본원에 개시되어 있다.

도 1은 튜브의 치수들과 형상을 측정하기 위해 사용되는 예시적인 소형 휴대용 시스템의 도면.
도 2는 굴곡 튜브의 치수들과 형상을 측정하기 위한 예시적인 방법을 나타내는 도면.
도 3은 예시적인 수벽(water-wall)의 단면도로서, 수벽의 치수들과 형상이 본원에 개시된 시스템에 의해 측정되는, 상기 수벽 단면도.

튜브의 다양한 특성들(치수들 및 형상)을 측정하기 위한 소형 휴대용 시스템이 본 명세서에 개시되어 있다. 튜브는 직선(어떠한 구부러짐이 없음) 또는 구부러질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 시스템은 직선 튜브(또한 본 명세서에서 선형 튜브로 언급됨)의 치수들과 형상을 측정하기 위해 사용된다. 시스템은 광투과성 기판에 배치되는 하우징(housing), 조명 소스, 및 카메라를 포함한다. 카메라는 마이크로프로세서 및 데이터베이스와 통신 동작한다. 하나의 실시예에서, 카메라는 마이크로프로세서를 포함하고, 따라서 데이터베이스와 통신한다. 데이터베이스는 컴퓨터의 일부일 수 있으며, 아래에서 컴퓨터 데이터베이스로 지칭될 것이다. 시스템은 경량이고 손으로 들어 이동시킬 수 있다.

복수의 튜브들로부터 복수의 튜브 단면들을 빠르고 정확하게 점검하고, 각각의 단면 상에서 바람직한 측정들을 실행하고 ASME B31.1-2010 및 EN 2 952-5에 의해 규정된 값들을 산출하는 방법이 본 명세서에 개시되어 있다. 방법은 또한 각각의 튜브에 대한 검수 보고서를 작성하는 단계를 포함하고 데이터베이스에 점검 데이터를 저장한다. 방법은 선형 튜브들 또는 굴곡 튜브들에 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 방법은 선형 튜브들에 사용된다. 방법은 또한 컴퓨터 데이터베이스에 데이터를 저장하는 단계, 처리하는 단계 및 운반하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 어떤 특정한 훈련을 필요로 하지 않는 사람들에 의한 측정들의 자동 수집을 포함하는 종래에 사용된 다른 방법들보다 상당한 이점들을 갖는다. 튜브 형상의 측정은 많은 측정 지점들을 사용하고 버니어 캘리퍼스와 마이크로미터에 의해 수동으로 행해지는 측정들보다 더 정확하고 반복할 수 있는 결과를 제공한다. 카메라로부터 마이크로프로세서와 데이터베이스로의 측정된 데이터의 자동 운반은 표기 에러들(transcription error)을 예방한다. 복잡한 수학 계산들의 자동 실행은 약간 훈련받았거나 또는 전혀 훈련받지 않은 가게 직원들에 의해 실행될 수 있다. 상기 방법은 다른 종래의 방법들과 비교할 때 수동 계산 에러들의 감소를 야기한다. 검수 보고서들은 몇몇의 언어들로 작성될 수 있다. 다른 언어권들의 원어민들은 그들이 원하는 언어로 시스템과 방법을 사용할 수 있다. 점검 결과들은 1시간(이는 단면들을 절단하는 단계와 날카로운 부분들을 제거하기 위해 절단된 단부(end)를 폴리싱하는 단계를 포함함) 이내에 얻어질 수 있다.

도 1은 튜브의 치수와 형상의 특성들을 측정하기 위해 사용되는 시스템(100)의 측면도를 도시한다. 시스템(100)은 광투과성 기판(102)을 포함하는 제 1 단부(140) 및 제 2 단부(150)를 각각 갖는 제 1 하우징(120), 카메라(106) 및 광투과성 기판과 카메라(106) 사이에 배치되는 조명 소스(108)를 포함한다. 카메라(106)는 하우징의 제 1 단부(140)에 배치된다. 광투광성 기판(102)은 하우징의 제 2 단부를 향해 배치되고 제 1 측면과 제 2 측면을 갖고, 제 2 측면은 제 1 측면과는 반대쪽에 있다. 카메라(106)는 광투과성 기판(102)과 접촉할 수 있거나 또는 접촉할 수 없다. 치수 특성과 형상 특성을 요하는 튜브(104)는 도 1에 도시된 바와 같이 광투광성 기판(102)과 접촉하고, 그 단면 영역은 조명 소스(108)에 의해 조명되고 카메라(106)에 의해 이미지화(imaged)된다.

제 1 하우징(120)은 회로 기판(124)과 배터리 팩(battery pack; 126)을 포함하는 제 2 하우징(122)에 고정적으로 부착된다. 배터리 팩(126)과 회로 기판(124)은 전기 회로(128)를 통해 제 1 하우징(120)에 포함된 조명 소스(108)와 전기적으로 통신한다. 제 2 하우징(122)은 또한 이에 배치된 트리거(trigger; 130)를 갖고, 이 트리거는 카메라(106) 또는 회로 기판(124)과 동작 교신하고 카메라(106)와 조명 소스를 활성화시키도록 사용된다.

제 1 하우징(120)은 임의의 원하는 형태(예를 들어, 원뿔 형상, 원통 형상 및 직육면체 등)를 가질 수 있지만, 원뿔 형상이 바람직하고 카메라(106)와 기판(102) 사이에 배치되는 조명 소스(108)를 포함한다. 조명 소스(108)는 제 1 하우징(120)의 일부를 따라 주변부에 배치된다. 이것은 일반적으로 카메라(106)의 렌즈 주위에 동심원으로 배치된다. 하나의 실시예에서, 임의의 불투명한 보호덮개(shroud; 160)는 임의의 외부광이 카메라(106)에 의해 수집된 이미지에서의 왜곡(distortion)을 야기하는 것을 방지하도록 시스템(100) 주위에 배치된다. 불투명한 보호덮개(160)는 비반사적인 내면을 갖고 튜브가 이미지화를 위해 삽입될 수 있고 제거될 수 있는 개구부(opening)를 갖는다.

제 1 하우징(120)과 제 2 하우징(122)은 시스템(100)이 휴대될 수 있고 손으로 용이하게 파지하여 운반될 수 있는 방식으로 배열될 수 있다. 하나의 실시예에서, 제 1 하우징(120)과 제 2 하우징(122)은 동일체형 재료의 부분이다. 즉, 시스템(100)은 단일 하우징에 포함된다. 하우징은 광이 이미지를 왜곡하는 것을 방지하기 위해 불투명하다. 제 1 하우징(120)과 제 2 하우징(122)은 임의의 적합한 재료로 제조된다. 하나의 실시예에서, 제 1 하우징(120)과 제 2 하우징(122)은 폴리머, 세라믹 또는 시트 재료(sheet material)와 같은 경량의 재료로 제조된다. 예시적인 실시예에서, 제 1 하우징(120)과 제 2 하우징(122)은 폴리머로 제조된다. 폴리머가 시스템(100)에 진입할 수 있는 외부 광의 양을 최소화하도록 불투명한 것이 바람직하다.

카메라(106)는 마이크로프로세서(도시되지 않음) 및 컴퓨터 데이터베이스(도시되지 않음)와 전기적으로 통신할 수 있다. 마이크로프로세서와 데이터베이스 사이의 전기적 통신은 전기적 배선(electrical hard wiring), 무선 통신, 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다. 마이크로프로세서와 컴퓨터 데이터베이스는 인터넷과 통신할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 카메라(106)는 이미지 처리 능력(즉, 카메라에 의해 기록된 이미지들로부터 얻은 데이터를 처리하도록 작동하는 이미지 프로세싱 라이브러리(image processing library)를 포함하는, 마이크로프로세서를 포함함)을 가진 디지털 카메라이다. 이미지 프로세싱 라이브러리는 튜브의 질량 중심, 튜브의 내경, 튜브의 외경, 튜브의 진원도(out of roundness), 벽 두께, 유동 영역, 및 튜브의 내경 상의 플랫 스폿(flat spot)들의 존재를 결정하기 위해 사용된다. 상기 데이터베이스는 마이크로프로세서로부터 얻어진 데이터를 저장하고 상기 데이터를 사용하여, 굴곡의 반경, 굴곡을 가로지르는 유동 면적 등과 같은 상기 굴곡의 전체 특징들을 계산할 수 있다. 일 실시예에서, 시스템(100)은 카메라를 제어하고 튜브 단면 영역의 이미지 및 기타 결과들을 디스플레이하기 위하여 모니터(도시생략)를 포함할 수 있다. 상기 모니터는 전체 시스템 제어, 아노테이션(annotation), 데이터 저장, 리포트 및 네트워크 액세스를 위하여 데이터를 수용하는 컴퓨터와 전기 통신한다.

상기 카메라(106)는 기판(102) 상에 배치된 선형 튜브(또는 굴곡 튜브)(104)의 단면 영역을 이미지화하는데 사용된다. 상기 카메라로부터 상기 굴곡 튜브의 단면 영역과 접촉하는 상기 기판의 표면까지의 거리 "l"는 알려져 있고 튜브의 치수들을 측정할 때 사용된다. 상기 카메라(106)는 기판으로부터 고정된 거리 "l"에 카메라를 유지하는 수단을 구비한다. 이는 거리 "l"의 값의 변이로 인한 이미지의 확대의 변이를 방지한다.

상기 카메라(106)는 상기 튜브의 단면 영역의 단일 이미지 또는 복수의 이미지들을 취하여 상기 이미지들을 마이크로프로세서로 전송하는데 사용된다. 일 실시예에서, 카메라(106)는 튜브의 각 단면 영역의 1 내지 12 이미지들을 취하는데 사용된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 카메라(106)는 튜브의 단면 영역의 단일 이미지를 취하는데 사용된다. 이러한 이미지는 그때 마이크로프로세서에서 처리된다.

광투과성(optically transparent) 기판(102)은 그 특성들이 측정되는 튜브의 배치를 위하여 사용된다. 튜브(104)가 위에 장착되는 광투과성 기판(102)은 상기 기판(102) 상에 입사되는 광의 강도에 기초하여, 75% 초과, 구체적으로 85% 초과 및 더욱 구체적으로 95% 초과의 투명도를 갖는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 광투과성 기판은 이에 입사되는 적어도 광의 75%, 구체적으로 적어도 85% 및 더욱 구체적으로 95%를 이를 통해 전송될 수 있다. 광투과성 기판은 제 1 하우징(120)에 고정되게 부착되고, 석영, 실리카, 알루미나, 티타늄, 광투과성 중합체들 등과 같은 광투과성 재료로 제조될 수 있다. 사용될 수 있는 광투과성 중합체들의 예들은 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테리미드 등, 또는 상술한 중합체들 중 적어도 하나를 포함하는 조합물일 수 있다. 광투과성 기판(102)은 가요성 막 또는 고체의 단단한 패널 형태일 수 있다.

상술한 바와 같이, 시스템(100)은 불투명한 보호덮개(160) 내에 선택적으로 수용될 수 있으며, 이는 외부 광이 카메라(106)와 충돌하여 모아진 이미지를 왜곡하는 것을 방지하는 기능을 한다. 불투명한 케이스는 재료들이 카메라(106)로 입사하는 광을 차단할 수 있다면 목재, 직물, 금속, 세라믹 또는 중합체들로 제조될 수 있다.

조명 소스(108)는 양호하게는 카메라(106) 주위에 동심으로 배치되고 카메라(106)와 광투과성 기판(102) 사이의 제 1 하우징(120)의 주변부를 따라 배치된다. 조명 소스(108)는 형광 조명 소스를 포함하거나 또는 카메라(106) 주위에 링 형태로 배열되어 제 1 하우징(120)과 접촉하는 발광다이오드(LED)들을 포함할 수 있다. 다중 반사로 인하여 이미지 왜곡을 방지하기 위하여 조명 소스로서 조명의 점광원(point source)을 사용하는 것이 바람직하다. 조명의 점광원을 사용함으로써, 튜브의 단면 영역은 상기 단면 영역의 에지의 대비(contrast)를 최대화하도록 설계된 패턴으로 효과적으로 조명된다. 조명의 점광원은 카메라 주위에 링 형태로 배열된다. 카메라의 렌즈 주위에 동심으로 배열되는 링을 갖는 것이 바람직하다. 예시적인 실시예에서, 조명의 점광원은 발광다이오드(LED)이다.

회로 기판(124) 및 배터리 팩(126)은 제 2 하우징(122) 내에 배치되고 광원(108)을 제어하는데 사용된다. 회로 기판(124)은 또한 마이크로프로세서를 대신하여 사용될 수 있다. 다시 말해서, 회로 기판(124)은 이미징 라이브러리들을 수용할 수 있다. 트리거(130)는 튜브(104)의 단면 영역의 이미지를 캡쳐하도록 카메라(106)를 작동시키는데 사용된다.

도 2는 튜브의 특성들을 측정하는 예시적인 방법을 나타낸다. 일 실시예에서, 상기 시스템을 사용하는 하나의 방법에서, 튜브의 단면 영역은 광투과성 기판(102)의 표면 상에 배치되어 이에 직접 접촉한다. 선형 튜브(즉, 굽혀지지 않은 직선형 튜브)의 단면 영역은 벽 두께 및 외경을 결정하기 위하여 기판(102) 상에 먼저 배치된다. 카메라(106)는 단면 영역의 이미지를 획득하도록 작동되고, 상기 이미지는 내경, 외경, 벽 두께, 진원도(out of roundness), 내부 및 외부 원주들 상의 임의의 평탄 스폿들의 길이와 면적, 질량 중심 등을 계산하는데 사용된다. 이들 치수들 및 기하학적 형태들로부터 발생되는 상기 측정들 및 계산들은 그 후 컴퓨터 데이터베이스 상에 저장된다. 이들 치수들 및 기하학적 형태들을 획득하기 위한 프로토콜은 간략하게 하기에 기술된다. 일련의 굽혀지지 않은 튜브들이 측정되면, 이들 형태들은 각 튜브에 대해서 계산되어 컴퓨터 데이터베이스에 저장된다. 상기 튜브들이 그 후에 굽혀지면, 이러한 데이터는 굴곡 튜브 상에서 얻어진 데이터와 비교하는데 사용된다. 일 실시예에서, 이는 굴곡 튜브 단면들과 비교를 위한 베이스라인으로 사용된다.

이들 측정들은 또한 굽혀질 선형 튜브 상에서 먼저 이루어질 수 있다. 굴곡 튜브가 측정될 때, 시스템(100)은 도 1에 도시된 제 1 하우징(120)의 축(X-X')이 수직이 되도록 회전될 수 있다. 선형 튜브의 측정들이 먼저 이루어지고 데이터베이스에 저장된다. 이후에 튜브가 굽혀지고 측정들이 하기에 기술되는 바와 같이 행해진다. 튜브(104)의 굽힘 부분은 복수의 단면들로 절단되고 각 단면은 투명한 기판(102) 상에 배치된다. 일 실시예에서, 굴곡 튜브는 2 내지 10 단면들, 구체적으로 3 내지 7 단면들로 절단되고, 각 단면의 반대측 단부들은 광투과성 기판 상에 설치되어 이미지화된 단면 영역을 가진다. 단면 영역은 튜브의 벽에 평행한 축과 일반적으로 직각이고, 이 축은 단면 영역의 중심을 통과한다. 그 중심이 카메라(106)의 중심 및 조명 소스(108)의 중심과 동심이 되도록 튜브가 배열되는 것이 바람직하지만 반드시 필요한 것은 아니다. 일 실시예에서, 튜브는 이미지들인 단면 영역의 중심이 카메라(106)의 중심과 조명 소스(108)의 기하학적 중심을 포함하는 단일축 상에 놓여지도록 배열된다. 그 단면 영역이 광투과성 기판과 접촉하는 상태에서 튜브(104)를 기판 상에 장착할 때, 단면 영역의 이미지는 카메라에 의해서 취해져서 마이크로프로세서로 전송되고, 여기서 하기에 상세하게 기술되는 바와 같이 추가 처리 공정을 겪는다.

튜브의 일 단부의 이미지를 캡쳐한 후에, 튜브의 반대측 단부의 제 2 이미지가 취해질 수 있다. 선형 튜브에 대해서, 휴대용 시스템을 튜브의 반대측 단부로 운송하여 도 1에 도시된 바와 같이 시스템(100)과 접촉시킴으로써 제 2 이미지가 취해진다. 굴곡 튜브에 대해서, 제 1 섹션의 양 단부들이 이미지화되면, 제 2 섹션의 이미지들이 캡쳐될 수 있고, 그 후 제 3 섹션 등의 이미지들이 캡쳐될 수 있다. 이러한 방식에서, 선형 튜브 또는 굴곡 튜브의 여러개의 단면 영역 이미지들이 캡쳐되고 추가 연산 처리를 위하여 마이크로프로세서에 전송될 수 있다. 이러한 추가 처리는 하기에 기술된다.

카메라(106)에 의해서 얻어진 단면 영역 이미지는 (내경 및 외경에서) 다수의 세그먼트들로 분할된다. 튜브(104)의 단면 영역의 내경 및 외경은 상기 세그먼트들 각각에서 측정된다. 일 실시예에서, 단면 이미지는 2 내지 288 세그먼트들, 구체적으로 24 내지 144 세그먼트들, 그리고 더 구체적으로는 48 내지 96 세그먼트들로 분할된다. 예시적인 실시예에서, 단면 이미지는 내경 및 외경 모두를 따라 72 세그먼트들로 분할된다.

마이크로프로세서에서의 라이브러리는 단면 이미지를 위한 평균 내경 및 평균 외경의 계산을 용이하게 한다. 또한 단면 이미지의 내경 및 외경의 진원도와 그에 따른 벽 두께를 계산한다. 마이크로프로세서는 또한 튜브의 내경 내의 유동 면적을 계산하고 위치시킬 수 있다. 또한 이는 튜브의 내부 표면적 상에 제공된 임의의 평탄한 스폿들의 존재를 계산하고 위치시키는데 사용될 수 있다.

이들 계산들은 다중 표준규격들로 실행될 수 있다. 일 실시예에서, 이 계산들은 ASME B31.1-2010 및 EN 2 952-5에 대해서 행해질 수 있다.

질량 중심, 내경, 외경, 진원도, 벽 두께, 유동 면적, 굽힘 후의 튜브 벽에서의 최대 평탄한 스폿의 길이와 면적 등에 대해서 계산된 값들은 마이크로프로세서에 의해서 컴퓨터 데이터베이스로 전송되고, 저장된다. 컴퓨터 데이터베이스 상에 저장된 소프트웨어 프로그램은 튜브의 다른 통계학적 변수들(예로서, 굽힘부의 반경, 유체 유동 영역, 유체 유동 체적 등)을 계산하기 위해 사용된다.

일 실시예에서, 데이터베이스는 굴곡 튜브 상에서 얻어진 데이터와 선형(굽혀지지 않은) 튜브 상에서 얻어진 데이터 사이의 비교를 용이하게 하도록 작동한다. 컴퓨터 모니터는 임의의 보일러 코드 계산들을 실행하기 전에 작업자 승인을 위한 이미지 및 계산된 측정들을 표시하기 위하여 사용될 수 있다. 시스템은 또한 굴곡 튜브가 어느 보일러 코드와 적응하는지가 기대되는 것을 조작자가 선택할 수 있게 한다. 시스템(즉, 연계된 데이터베이스와 함께 컴퓨터)은 임의의 보일러 코드[ASME B31.1-2010 및 EN 2 952-5를 포함하지만, 이들에 국한되지 않음]에 의해서 원하는 계산들을 실행하는 것을 허용한다. 시스템은 각 굴곡 튜브 단면이 코드 요구조건에 합격하는지 또는 불합격하는지를 결정하기 위하여 보일러 코드 계산들의 결과를 코드 한계값과 비교하도록 작동한다.

일 실시예에서, 시스템(100)은 수벽을 형성하기 위하여 함께 용접되는 복수의 튜브들에서의 결여들을 검출하는데 사용될 수 있다. 수벽들은 일반적으로 도 3에 도시된 개략적인 단면으로부터 보여지는 복수의 튜브들을 함께 용접함으로써 제조된다. 도 3에 있어서, 수벽은 적어도 4개의 용접 비드들에 의해서 바아들(208)에 용접되는 복수의 튜브들(204)을 포함한다. 수벽에서 사용되는 튜브들은 일반적으로 3인치 또는 그보다 작은 외경을 가진다. 튜브들의 그룹들(종종 한번에 6 내지 12)은 특정 기계에서 개별 바아들과 함께 용접된다. 플랜트 위치에서 완전히 조립될 때의 전체 수벽 폭은 통상적으로 40 내지 60 피트이고 수백개의 튜브들을 포함할 수 있다. 수벽 튜브들은 용접 전에 (트럭 또는 바지선에 의해서 선적가능한) 길이가 통상적으로 대략 40 피트이다. 휴대가능한 시스템(100)은 도 3에 도시된 바와 같이 튜브 간격에서의 변동, 용접 비드들의 결여 및 편심 바아들을 검출하는데 사용될 수 있다. 검출된 다른 수벽 문제들은 부정확한 튜브 직경 또는 벽 두께 및 비틀린 또는 결함된 연결 바아들을 포함할 수 있다.

본원에 개시된 시스템(100)은 다수의 장점들을 가진다. 일 실시예에서, 시스템은 선형 튜브들 또는 굴곡 튜브들에 대한 보일러 코드 순응도(compliance)를 위하여 다중 튜브 단면들로부터의 계산 결과들을 전체 계산들로 조합하도록 작동한다. 컴퓨터 모니터는 측정들 및 위치들과 아노테이트된 각 튜브 단면의 이미지들을 디스플레이하고 검수 보고서로 컴파일링(compiling)하는 것을 허용한다. 컴퓨터 데이터베이스는 측정되고 계산된 모든 핵심 데이터를 저장하기 위해 작동하고 상기 데이터는 품질 기록 데이터베이스 안으로 저장, 조작, 또는 요약될 수 있다. 데이터베이스는 임의의 원하는 시간에 검수 보고서를 작성하는데 사용되고 상기 보고서의 내용들은 작업자에 의해서 선택된 보일러 코드의 요구조건들에 따라서 적응될 수 있다. 데이터베이스는 명령시에 다수의 상이한 언어들(예로서, 영어, 독일어 및 중국어)의 검수 보고서를 제공하도록 작동한다. 컴퓨터 데이터베이스는 또한 모든 원하는 측정들을 취하고 검수 보고서를 작성하는 공정을 통해서 보일러 코드 순응도 계산에 익숙하지 않은 작업자를 안내할 수 있다.

작동될 때, 휴대용 시스템(100)은 튜브 단부의 이미지를 캡쳐하고, 튜브 직경, 최대 벽 두께, 최소 벽 두께, 평균 평 두께 및 진원도를 계산한다. 데이터는 예로서 시스템(100)의 외측에 장착된 LCD 스크린과 같은 전용 디스플레이 상에서 사용자에게 표시될 수 있다. 측정 데이터는 또한 배선 연결[예로서, RS-232 시리얼, USB 또는 이서넷(Ethernet)]을 사용하여 컴퓨터로 전송되거나 또는 블루투스, 지그비 또는 802.11 WiFi와 같은 기술을 사용하여 무선으로 전송될 수 있다. 데이터는 또한 차후의 전송 또는 분석을 위하여 측정 디바이스 상에 내부적으로 저장될 수 있다. 예로서, 디바이스는 튜브들의 배치(batch)로부터 측정된 최대 및 최소 벽 두께, 최대 및 최소 직경들, 및 최대 타원도, 최소 타원도 또는 평균 타원도를 계산할 수 있다.

일부 다른 특징들은 상기 휴대용 디바이스가 훨씬 빠르고 더욱 편리하게 사용할 수 있게 한다. 피스톨 그립 및 트리거 버튼은 사용자가 상기 디바이스를 편리하게 운반하고 또한 그룹 내의 다중 튜브들을 신속하게 측정할 수 있게 한다. 상기 디바이스의 전면 또는 후면의 외부 디스플레이는 상기 디바이스 상태 및 최근 측정치들에 대한 신속한 피드백을 제공한다. 배터리 동력 및 무선 접속부들은 배선들을 제거함으로써 상기 디바이스를 손쉽게 조작할 수 있게 한다. 명료한 위치설정 플레이트는 측정을 위해 상기 디바이스를 적절한 위치 결정을 용이하게 한다. 튜브 상의 다중 측정은 상기 디바이스를 사용하여 2 또는 3초 간에 쉽게 처리될 수 있다.

상기 시스템(100)은 또한 휴대용이고 튜브의 테스트를 필요로 하는 어떠한 장소로도 한 손으로 운반할 수 있다는 물리적인 장점을 갖는다. 한 실시예에서, 상기 시스템(100)은 10 파운드 미만, 특히 5 파운드 미만, 더욱 양호하게는 3 파운드 미만의 무게를 갖는다. 이는 한 손으로 다중 튜브들의 단면 특성들을 측정하기 위해 사용될 수 있으며, 또한 복수의 튜브들을 포함하는 수벽의 특성들을 측정하기위해 사용될 수 있다.

상기 휴대용 시스템(100)은 이미지로부터의 데이터를 처리할 수 있으며, 사용자가 페이퍼 상에 출력할 수 있게 하거나 또는 데이터를 원격 데이터베이스로 전송하여, 하드 카피들이 출력되거나 또는 플래시 드라이브(flash drive)나 또는 콤팩트 디스크에 저장될 수 있다.

본 발명이 일부 실시예들을 참조하여 기술되었지만, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 만들어지고 등가물이 그 요소를 대체할 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해될 것이다. 부가하여, 많은 변경들이 본 발명의 필수 범위로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명의 교시에 특정 상황 또는 자료를 적응하도록 만들어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위하여 고려된 최상의 모드로서 개시된 특정 실시예로 제한되지 않고, 본 발명은 첨부된 청구항들의 범위 내에 놓인 모든 실시예를 포함하도록 의도된다.

Claims

튜브(104)의 품질을 결정하기 위한 시스템(100)으로서,
상기 시스템은,
상기 시스템을 작동시키는 동안 사람이 한 손으로 조작할 수 있도록 그립을 구비한 하우징(120, 122)과,
제 1 측면과, 상기 제 1 측면과는 반대측의 제 2 측면을 갖는, 상기 하우징(120, 122) 내에 배치된 광투과성(optically transparent) 기판(102)과,
상기 하우징(120, 122) 내에서 상기 광투과성 기판(102)의 상기 제 1 측면 상에 배치된 카메라(106)로서, 상기 광투과성 기판(102)의 제 2 측면에 대해서 배치된 상기 튜브(104)의 단면 영역의 이미지를 캡쳐하도록 작동하는 카메라(106)와,
상기 하우징(120, 122)의 주변 상에 링으로 상기 하우징(120, 122) 내에 배치되고, 상기 광투과성 기판(102)의 제 1 측면 상에 위치 결정된 조명 소스(source of illumination)(108)로서, 상기 광투과성 기판(102)의 제 2 측면에 대해 배치된 상기 튜브(104)의 단면 영역을 조명하게 작동하는, 상기 조명 소스(108)와,
상기 카메라(106)에 의해 캡쳐된 상기 튜브(104)의 단면 영역의 상기 이미지를 처리하도록 작동하는 상기 하우징(120, 122) 내에 배치되는 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서로서, 상기 이미지로부터 상기 튜브(104)의 치수 및 형상을 산출하고, 상기 튜브(104)의 산출된 치수 및 형상 중 하나에 기초하여 상기 튜브(104)를 수용할지 또는 거절할지를 결정하도록 작동하는, 상기 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서, 및
상기 조명 소스(108) 및 상기 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서에 전기 에너지를 공급하도록 작동하는, 상기 하우징(120, 122) 내에 배치된 배터리 팩(126)을 포함하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서와 전기적으로 통신하는 데이터베이스를 더 포함하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서는 상기 튜브(104)의 단면 영역의 상기 이미지로부터 상기 튜브(104)의 치수 및 형상을 산출하고, 표준에 기초하여 상기 튜브(104)의 수용 또는 거절을 결정하도록 작동하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 튜브(104)의 측정치, 치수, 형상 및 수용 또는 거절을 가시화하기 위해 상기 하우징(120, 122)에 부착된 디스플레이를 더 포함하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 광투과성 기판(102)은 석영, 실리카, 알루미나, 티타니아, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 조명 소스(108)는 상기 카메라(106)의 주위에 링으로 배치된 복수의 점광원(point source of light)을 포함하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 시스템 전체는 상기 튜브(104)를 도입 및 제거하기 위한 개구부를 갖는 불투명한 보호덮개(160)로 둘러싸여 있는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서는 상기 이미지를 상기 튜브(104)의 단면의 복수의 원주방향 세그먼트로 분할하고 그리고 각 원주방향 단면의 내경 및 외경을 결정하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 전기적 통신은 전기적 배선(electrical hard wiring), 무선 통신, 또는 이들의 조합을 포함하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 카메라를 활성화시키기 위한 트리거(130)를 더 포함하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 품질의 결정은 ASME B31.1-2010 및 EN 2 952-5X에 따르는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서는 상기 튜브(104)를 위한 이미지 처리 라이브러리(image processing library)를 포함하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서는 상기 튜브(104)의 평균 내경, 평균 외경, 내경의 진원도(out of roundness), 외경의 진원도, 상기 튜브(104)의 내경 내의 유동 영역, 상기 튜브(104)의 내경 내의 유동 위치, 상기 튜브(104)의 내면 영역 상의 플랫 스폿(flat spot)들의 존재, 및 상기 튜브의 내면 영역 상의 플랫 스폿들의 위치로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 값을 계산하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 13 항에 있어서, 상기 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서는 보일러 코드(boiler code)에 의해 요구되는 계산을 수행하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 하우징의 일부는 원뿔 형상, 원통 형상 및 직육면체 형상으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 형상을 갖는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
튜브(104)의 품질을 결정하기 위한 방법으로서,
상기 방법은,
상기 튜브(104)의 품질을 검사하고 결정하기 위해, 고정 튜브(104)에 휴대용 시스템(100)을 운반시키는 단계를 포함하고,
상기 휴대용 시스템(100)은,
상기 시스템을 작동시키는 동안 사람이 한 손으로 조작할 수 있도록 그립을 구비한 하우징(120, 122)과,
제 1 측면과, 상기 제 1 측면과는 반대측의 제 2 측면을 갖는, 상기 하우징(120, 122) 내에 배치된 광투과성 기판(102)과,
상기 하우징(120, 122) 내에서 상기 광투과성 기판(102)의 제 1 측면 상에 배치된 카메라(106)로서, 상기 광투과성 기판(102)의 제 2 측면에 대해서 배치된 상기 튜브(104)의 단면 영역의 이미지를 캡쳐하도록 작동하는 카메라(106)와,
상기 하우징(120, 122)의 주변 상에 링으로 상기 하우징(120, 122) 내에 배치되고, 상기 광투과성 기판(102)의 제 1 측면 상에 위치 결정된 조명 소스(108)로서, 상기 광투과성 기판(102)의 제 2 측면에 대해 배치된 상기 튜브(104)의 단면 영역을 조명하게 작동하는, 상기 조명 소스(108)와,
상기 카메라(106)에 의해 캡쳐된 상기 튜브(104)의 단면 영역의 이미지를 처리하도록 작동하는 상기 하우징(120, 122) 내에 배치되는 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서로서, 상기 이미지로부터 상기 튜브(104)의 치수 및 형상을 산출하고, 상기 튜브(104)의 산출된 치수 및 형상 중 하나에 기초하여 상기 튜브(104)를 수용할지 또는 거절할지를 결정하도록 작동하는, 상기 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서, 및
상기 조명 소스(108) 및 상기 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서에 전기 에너지를 공급하도록 작동하는, 상기 하우징(120, 122) 내에 배치된 배터리 팩(126)을 포함하고,
상기 방법은 또한,
손으로 작동시키는 동안 튜브(104)의 단면 영역과, 상기 휴대용 시스템(100)의 광투과성 기판(102)의 제 2 측면을 접촉시키는 단계로서, 상기 단면 영역은 상기 튜브(104)의 단면 영역의 질량 중심을 통과하는 축과 수직을 이루는, 상기 접촉시키는 단계;
손으로 작동시키는 동안 이미지를 얻기 위해 상기 튜브(104)의 단면 영역을 이미지화하는 단계;
상기 이미지를 상기 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서로 전송하는 단계;
상기 이미지를 상기 튜브(104)의 단면의 복수의 원주방향 세그먼트들로 분할하는 단계;
상기 복수의 원주방향 세그먼트들 각각의 세그먼트를 위한 내경 및 외경을 측정하는 단계;
상기 측정에 기초하여 상기 튜브(104)의 파라미터를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 파라미터에 기초하여 상기 튜브(104)의 품질을 결정하는 단계;를 포함하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 방법.
제 16 항에 있어서, 상기 결정된 파라미터는 상기 튜브(104)의 평균 내경, 평균 외경, 상기 내경의 진원도(out of roundness), 외경의 진원도, 튜브(104)의 내경 내의 유동 영역, 상기 튜브(104)의 내경 내의 유동 위치, 상기 튜브(104)의 내면 영역 상의 플랫 스폿(flat spot)들의 존재, 및 상기 튜브(104)의 내면 영역 상의 플랫 스폿들의 위치로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 값을 계산하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 카메라와 상기 광 투과성 기판 사이의 거리는 고정되는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서는 상기 튜브(104)의 평균 내경과 평균 외경 중 적어도 하나를 계산하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서는 상기 튜브(104)의 내경의 진원도 및 상기 튜브(104)의 외경의 진원도 중 적어도 하나를 계산하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서는 상기 튜브(104)의 내경 내의 유동 영역 및 상기 튜브(104)의 내경 내의 유동 위치 중 적어도 하나를 계산하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서는 상기 튜브(104)의 내면 영역 상의 플랫 스폿들의 존재 및 상기 튜브(104)의 내면 영역 상의 플랫 스폿들의 위치 중 적어도 하나를 계산하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 카메라에 의해 캡쳐된 상기 이미지는 단일 이미지인, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서는 표준에 의해 규정된 상기 튜브(104)의 파라미터를 결정하도록 작동하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 광투과성 기판에 대한 상기 튜브(104)의 단면은 상기 튜브(104)의 굽힘 부분인, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 시스템에 의해 이미지화된 튜브(104)는 상기 카메라에 의해 동시에 이미지화된 복수의 튜브를 포함하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 26 항에 있어서, 상기 복수의 튜브(104)는 수벽인, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 27 항에 있어서, 상기 회로 기판(124) 또는 마이크로프로세서는 수벽 내에서의 편심 바아들, 용접 비드들의 결여 및/또는 튜브 간격을 결정하도록 작동하는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 카메라의 축 및 상기 튜브의 축은 동심임을 필요로 하지 않는, 튜브의 품질을 결정하기 위한 시스템.